Масса молекул. Количество вещества (Ерюткин Е.С.)

Тема: Основы молекулярно-кинетической теории
Урок: Масса молекул. Количество вещества

1. Масса молекулы

В предыдущих уроках уже упоминалось о том, что средний размер атомов и молекул (за исключением органических соединений) не превосходит см (рис. 1). Очевидно, что тела с такими размерами не могут иметь большой массы. Так и есть.

Рис. 1. Атомная структура сплава золота под микроскопом (Источник)

Масса молекулы обозначается  и, как и любая другая масса, измеряется в кг. Несложно догадаться, что для нахождения описываемой величины необходимо измерить массу некой порции вещества и поделить её на количество молекул, входящих в эту порцию.

К примеру, в одном грамме воды содержится примерно  молекул. Следовательно, по вышеуказанной формуле, масса молекулы воды составляет примерно  кг. И опять-таки, если не принимать во внимание органические вещества, то массы молекул всех веществ соизмеримы по величине.

Так как всегда неудобно работать со слишком большими или слишком маленькими величинами, в физике и химии введены такие величины, как относительная атомная масса (ОАМ) и относительная молекулярная масса (ОММ).

2. Относительная молекулярная масса

Определение. Относительная атомная масса – отношения массы атома определённого химического элемента к одной двенадцатой массы атома углерода.

На данный момент все ОАМ известных элементов с довольно большой точностью рассчитаны и известны. Для нахождения относительной массы некой молекулы достаточно просто сложить относительные атомные массы тех элементов, которые входят в состав молекулы, причём столько раз, сколько штук атомов элемента входит в молекулу. На примере молекулы воды это выглядит:

Стоит добавить, что относительные атомные и молекулярные массы берутся из отношения к массе атома углерода, потому что углерод является одним из самых распространённых элементов в природе.

Некую порцию вещества (некое тело) иногда требуется описать не со стороны, какая масса этой порции, а какое количество частиц содержится в ней. И, как уже было сказано ранее, такими большими числами, коими описывается абсолютное количество молекул и атомов в веществе, пользоваться неудобно. Поэтому вводится такая величина, как количество вещества.

3. Количество вещества, число Авогадро

Определение. Количество вещества – физическая величина, характеризующая количество молекул, входящих в некую порцию вещества. Обозначение – .

Единица измерения – моль.

1 моль – такое количество вещества, которое содержит столько же молекул (атомов), сколько 12 г углерода.

Чтобы посчитать количество вещества некой порции вещества, необходимо воспользоваться формулой:

Здесь:  - количество всех частиц в порции вещества;  - количество частиц в одном моле, величина, обозначенная как число Авогадро.

Определение. Число Авогадро – посчитанное итальянским учёным Амедео Авогадро (рис. 2) количество атомов в 12 г углерода. Исходя из определения моля – количество молекул или атомов в 1 моле. Единица измерения - . Значение этой важной константы:

 

Рис. 2. Амедео Авогадро (Источник)

Некая порция вещества в количестве 1 моля уже имеет как различимые глазом размеры (уже является макрообъектом), так и ощутимую массу. Поэтому имеет смысл ввести понятие молярной массы.

4. Молярная масса

Определение. Молярная масса – масса одного моля вещества. Обозначение – . Единица измерения – . Для того чтобы вычислить эту величину, следует массу одной частицы умножить на количество частиц в 1 моле (число Авогадро). То есть:

Найти значение молярной массы для любого химического элемента можно в таблице Менделеева. В ячейке для нужного вам элемента молярная масса – это десятичная дробь. Например, для железа молярная масса 55,847  (Рис. 3).

Рис. 3. Пример оформления элемента в таблице Менделеева (Источник)

Следует помнить два правила работы с таблицей Менделеева. Во-первых, все значения следует округлять до целых по правилам математики. Исключение – хлор, его молярная масса = 35,5 . Во-вторых, все молярные массы даны в размерности  , поэтому, чтобы перевести эту величину в единицу измерения СИ, необходимо округлённое число умножить на .

Для нахождения молярных масс сложных веществ нужно просто сложить молярные массы элементов, входящих в состав молекулы этого вещества.

Введя понятие молярной массы, мы можем теперь получить другую формулу для определения количества вещества:

Здесь:  - масса порции вещества;  - молярная масса вещества.

Начиная со следующего урока, мы приступаем к изучению газов. На следующем уроке мы введём физическую модель газа, с которой будем работать в дальнейшем, перечислим параметры, описывающие газ, и сформулируем уравнение, связывающее эти параметры.

 

Список литературы

1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010.
2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Narod.ru (Источник).
2. Techemy.com (Источник).
3. Энциклопедия Кругосвет (Источник).

 

Домашнее задание

1. Стр. 64: № 454, 455, 459 – 463. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
2. Какой была бы относительная атомная масса фтора, если бы за атомную единицу массы приняли массу атома кислорода?
3. Где больше молекул: в 5 г водорода или в 10 г воды? Во сколько раз?
4. При изготовлении микросхем в кристалл кремния массой 1 мг вводят галлий массой . Сколько атомов кремния приходится на один атом галлия?
5. *В закрытом баллоне с кислородом находится 12 г угля. Во сколько раз изменится количество вещества в баллоне после сгорания угля? Масса кислорода – 32 г.